2.jpg
Этот загадочный циакрин
14.04.2009 12:21
Малоизвестные факты о Цианокрилатном клее (ЦA)
Мы решили написать эту статью, чтобы развеять иллюзии многих людей относительно возможностей моментальных (супер) клеев. В этой статье мы будем ссылаться на материал опубликованный Давидом Фалкенхагеном в журнале «RC-Modeler(США)» в 1998 году. За последние года рынок Украины наводнился широким спектром таких клеев. Простому обывателю трудно разобраться в том, почему один ЦА клей стоит 50 копеек, другой 3 гривны, а третий 6 гривен. Попробуем, ссылаясь на первоисточник этот феномен отследить.

Для начала ответим на некоторые вопросы, которые первую очередь, волнуют покупателей (авиамоделиста, рыбака, ювелира, домохозяйку, работника промышленного предприятия).

КАК ОН РАБОТАЕТ?
КАК ОН ПРОИЗВЕДЕН?
КАК ЭТО МОЖНО ИЗ НЕ ОЧЕНЬ СЛОЖНЫХ, МАТЕРИАЛОВ СДЕЛАТЬ СЛОЖНОЕ ИЗДЕЛИЕ?
ЧЕМ ОТЛИЧАЕТСЯ ЦА ОТ ДРУГИХ КЛЕЕВ И ЧТО ЕГО ДЕЛАЕТ НЕОБЫЧНЫМ?

Итак, ЦА начинается как обыкновенная жидкость, помещенная в пластиковою банку, затем отверждается (не на самом деле, в действительности он полимеризуется) превращаясь в твердое тело, когда вы наносите его на что-нибудь и соединяете это что-нибудь. Как он об этом узнаёт? Ничто не испаряется, ничто не изменяется химически как в эпоксидной смоле или полиэстере, только каким-то волшебным образом превращается в твердое тело, и может удерживать предметы вместе - но как?

ЦA клеи - это совсем другой породы клей в целом, когда сравнивается с любыми другими клеями. Они не имеют ничего общего ни с эпоксидной смолой, полиэстером, Ambroid ™ типом клея, ПВА, столярным клеям, или любым другим.

На самом деле все очень просто. Имеется множество параметров окружающей среды. Которые могут заставить ЦА работать. Процесс фактически зависит от влажности на поверхности предметов которые вы склеиваете вместе. Да, да! Обыкновенная старая добрая вода!

Вода работает как катализатор, это означает, что она не играет никакой другой роли в процессе отверждения клея, кроме того, чтобы обеспечить запуск от внешних источников процесс отверждевания. Именно поэтому, когда Вы используете ЦA, чтобы починить что-нибудь вроде старого деревянного кресла, вы всегда должны использовать праймер, чтобы клей застыл. Причина только в том, что поверхность является слишком сухой.

Вы можете заметить, что открытые баллоны ЦA сохраняются совершенно прекрасно всю зиму напролёт в подвале и плохо храниться летом. Иногда даже недавно открытые баллоны не хранятся долго в летний период. Причина в том, что обычно слишком влажно в подвале, и эта влажность заставляет клей затвердевать (загустевать) в баллоне.

Когда ЦA клей отверждается, он фактически превращается из жидкого мономера в акриловый полимер, который химически является видом Plexiglas ™.

Если под микроскопом рассмотреть ЦА в жидком состоянии, то увидим, что молекулы не расположены согласно какой-то определенной модели, за исключением непосредственно мономерных цепей.

При отверждении, молекулы выстраиваются самостоятельно во взаимосвязанную структуру (полимер), которая соединяет их вместе навсегда.

При этом следует отметить, что кроме ЦА в составе клея обязательно имеются примеси, которые отберают на себя силы связей в этой структуре, ослабляя их. Следовательно, чем больше ЦA находится в клее, тем лучше и крепче будут клеевые соединения.

Мы подошли к такому важному фактору, как чистота любого ЦА клея, которая становится определяющим фактором связующей силы полимера. В свою очередь связующая сила полимера влияет на прочность соединения двух деталей. При нахождении в клеи чего-нибудь ещё в каком-то количестве, кроме ЦА - это однозначно не очень хорошо.

Таким образом, это приводит нас к тому, как делаются те ЦA-клеи, которые не должны разочаровать Вас.

В 1998 году в мире ЦА производились тремя компаниями в США, Пуэрто-Рико, Ирландии. Сейчас в мире рекламируется очень много производителей ЦА клея. Но на самом деле они привозные. Например в США если упаковка дороже клея, то законодательству это сделано в США.

В настоящее время почти все известные компании-производители клея фактически изготавливают его в Японии, Ирландии, или Англии. Вот это весьма интересный комментарий!

Особенно если на упаковке написано сделано в Чехии, Италии, Франции, Германии…

Но вернемся к изначальным вопросам.Как он произведен?

Чтобы делать ЦA клей, Вам требуется большое количество этил-цианоацетата (ethyl cyanoacetate), катализатор (который является секретом фирмы) и достаточно большая камера-реактор. Все ингредиенты размещаются в реакторе для "дробления".

Когда все ингредиенты находятся в реакторе, специальные кислые стабилизаторы добавляются к "вареву", чтобы сохранить формирующийся ЦA мономер от затвердевания, поскольку химические цепи уже начинают формироваться. Затем, реактор нагревается, и смесь доводится, приблизительно, до 200°С. Процесс нагрева очень критичен и полностью компьютеризирован. Чтобы достичь необходимой температуры, требуется несколько часов.

Весьма серьезные деньги вовлечены в процесс изготовления, только около $25000.00 стоимость химикалий, для одной партии ЦA клея. И тут не допустима ошибка на этом этапе. Все очень серьёзно управляется и контролируется. Это - не простая процедура, и не та простая химическая технология в пробирках, которую используют лабораториях студенты.

Если посмотреть в реактор через несколько часов "дробления", будущий ЦA выглядит как большая, медленно вращающаяся масса слякоти, которая сама по себе, действительно не так уж внушительна, особенно принимая во внимание те деньги, которые были вовлечены.

Но процесс на этой стадии даже на половину не завершен. Это есть только этап формирования пред-полимера.

Следующий этап-перегонка (дисциляция). Перед этим сырье нагревается до критической температуры с точностью плюс-минус четверть градуса. Это должно быть сделано с такой точностью еще и потому, что от этого зависит с какой степенью чистоты получится мономер. Смысл перегонки заключается в том, что только ЦА будет испаряться при этой температуре и ничего более. Все примеси остаются в реакторе. Из камеры химической реакции пары ЦА попадают в колонку дисциляции. Этот процесс называется частичной дисциляцией. Методом водяного охлаждения, пары конденсируют и жидкость ЦА собирается во второй реактор.

Этот процесс вроде простой и ничем не отличается от получения «первака», разница лишь в том, что первак бывает чуть лучше или чуть хуже, а при нарушении температуры перегонки СА примеси попадают во второй реактор и вся партия идет на перегонку. Ну а если температура недостаточная, то все останется в первом реакторе.

Образцы каждой партии клея 12 дней находятся в термостате при температуре 82°С. Это испытание моделирует полную жизнь полимера при нормальных условиях. При возникновении любых проблем на данном этапе вся партия отправляется на переработку (повторная дистилляция).

Этот процесс (однократная дистилляция)- используют все изготовители ЦА клея. Если он тщательный, то производитель добивается чистоты между 92% и 96%

Компании, которые заинтересованы в изготовлении изделий высокого качества, процесс дистилляции проводят несколько раз. При этом с каждым разом получают мономер все более высокой частоты.

Такие клеи называют в промышленности «Нечувствительные к роду поверхности». Это означает, что не зависимо от того, щелочная поверхность склеивания или кислая, клей может буквально компенсировать рН на поверхностях и обеспечивать максимальную прочность связям.

Так как все ЦА клеи могут быть ускорены или замедлены поверхностным рН, это означает, что высококачественные клеи будут мгновенно застывать на щелочной среде или застывать длительное время на кислой среде.

К примеру для склеивания дерева (ель фанера, бальза) применяются самые высококачественные ЦА клеи с чистотой 96% и более. При этом если клей застывает в течение приемлемого времени, без необходимости использовать ускоритель, клей хорош.

Если он не будет склеивать хорошо, или потребуется необычайно большое время склеивания, это - не поверхностно-нечувствительный клей. Это изделие более низкого качества. Не забудьте, что в этом случае вам необходимо постоянно использовать ускоритель, чтобы процесс пошёл, клей является или старым или - возможно второразрядное изделие.

Для склеивания резины или пластмассы достаточно чистоты 92%.

Многократная дистилляция имеет также много других выгод. Одна из них - это то, что увеличенная чистота мономера, достигнутая многократной дистилляцией, устраняет необходимость в "специализации" ЦA клеев.

Имейте в виду, что мы говорим о ЦA-клеях для общего применения в быту и на производстве. Настоящие специализированные ЦA продукты для определенных промышленных применений, сделаны по-другому с самого начала процесса. Они также во много раз дороже бытовых ЦA-клеев.

Покупая определенной направленности ЦА клей, имейте ввиду- это изделие, которое было особенным образом стабилизировано, чтобы работать лучше при соединении конкретных материалов, но в этом случае компромиссом всегда будет прочность соединения. Это не сверхсложная химия, это - только здравый смысл. Хочется еще раз акцентировать Ваше внимание на том, что увеличивая чистоту ЦA, можно склеивать все эти различные материалы намного лучше и при этом увеличить связующую силу одновременно. Просто запомните - чем выше чистота и большее количество клея находится в баллоне, - тем лучше он работает. Это не должно подразумевать, что стабилизация ЦA изделий не важна. Правильная стабилизация чрезвычайно важна. Однако, чем выше степень чистоты мономера, тем меньшее количество стабилизаторов должно быть добавлено. Они добавляются, чтобы увеличить срок хранения, сохранять качество клея внутри баллона и предотвращать преждевременное ухудшение ЦA. Другими словами, клей становится более вязким - "толстым" ("thick"), потому что застывает внутри баллона. Правильная стабилизация должна предотвратить это. Также чрезвычайно важно из какого материала изготовлен пластиковый баллон. Баллоны из обычного полиэтилена не будут хорошо сохранять клей; по крайней мере течение гарантийного отрезка времени.

СОВЕТ. Не покупайте большие бутылки ЦА-клея в 50мм или более, если только не собираетесь использовать весь клей немедленно.

Загустевание ЦA-клея в большинстве случаев не обязательно вызваны перечисленными причинами. Более вероятно, это вызвано хранением открытого ЦA баллона рядом с активатором. Случайное касание места соединения кончиком баллона после нанесения туда активатора смерти подобно.

ЦA активатор - чрезвычайно мощный материал. Активный ингредиент (ароматический амин) в активаторе - вносится в очень, очень малом количестве - действительно, достаточно только того, что попадает в результате контакта. Остальная часть активатора – летучие соединения способствующие быстрому испарению амина и которые химически не взаимодействуют с ним – каким-нибудь образом. Следовательно, даже пары активатора могут заставить клей внутри даже нераскрытых баллонов начинать затвердевать! Это не шутка, можно привести пример одного изготовителя, который случайно хранил активатор рядом со складом своих "высококачественных" ЦA. Они потеряли всю партию "высококачественного" ЦA клея, когда пары из нарушенной ёмкости с активатором полимеризовали клей внутри нераскрытых баллонов! Поэтому, соблюдайте осторожность, и храните ваш активатор подальше от ЦA клеев. По возможности, храните его в другом конце комнаты от ЦA клея, когда он не используется.

Правильная стабилизация - также важный фактор в отношении времени хранения клея. Свойства всех ЦA начинают ухудшаться с момента изготовления. Сами мономеры имеют тенденцию искать более устойчивое состояние, как и в большинстве химических процессов. Это более устойчивое состояние - полимер. Следовательно, они стремятся полимеризоваться так же, как шар стремится катиться под гору.

Датировка изделия - простой способ, который можете использовать, чтобы сохранить свежесть вашего набора клеев. Большинство ЦA-клеев имеют пометку "Лучше использовать до ..." или непосредственно на баллоне дату изготовления. Некоторые имеют маленькую метку на дне баллонов или с боку с датой изготовления. На них, первый номер - год, и остающиеся числа - определенная дата, когда клей был изготовлен. Даже если баллоны не датированы, большинство из нас знает, что жизнь ЦA-клеев может быть значительно продлена, если хранить их в прохладном месте при температуре +5 - +10°С и с постоянной не высокой влажностью (холодильник). Еще несколько слов о стабилизации. В этом, как правильно предположить, может быть и очень много хорошего. В промышленности, перестабилизированный ЦA называется "устойчивый". "Устойчивый" означает, что изделие имеет чрезмерное количество стабилизаторов, которые обычно добавляются, чтобы увеличить срок хранения и (-или) предотвратить влияние химических примесей в мономере. Эта перестабилизация значительно ухудшает застывание, уменьшает продольную и поперечную связующие силы клея. Это также означает, что клей, возможно, импортирован из Японии. Частично из-за длительного времени, необходимого на транспортировку, а также из-за однократной дистилляции, которую они используют при изготовлении, весь Японский ЦA-клей сильно стабилизирован. "Устойчивость" также может являться причиной флуктуаций вязкости клея от баллона к баллону. Скорее всего, Вы уже отметили это для многих ЦA изделий. То есть последний баллон этой марки, который у Вас был, не был столь "густой, как новый (т.е. не был такой же вязкости). Это - второе хорошее свойство, которым проверяется качество ЦA. Вязкость клея должна быть всегда одинаковой.

Кроме того, "устойчивость" является еще одной причиной, почему некоторым компаниям-производителям ЦA приходится выпускать множество "специальных" клеев. Это потому что стабилизаторы, которые они используют для каждого конкретного применения, не будут работать также хорошо и для другого. Следовательно, необходимо множество "специализаций" клеев. До этого, мы вскользь говорили о праймерах, давайте разберёмся с этим поподробнее. Главное, состоит в том, что праймер не трудно производить. Как было отмечено ранее, он содержит только небольшое количество активного ингредиента, которым всегда является ароматический амин.
Некоторые изготовители используют другие химикаты, но большинство используют амин, растворённый в различных веществах-носителях. Это наиболее общий метод изготовления, прежде всего, потому что праймер работает хорошо при низких концентрациях и хорошо выполняет свои функции без того, чтобы "ломать полимер" - т.е. ухудшать качество связей в полимере. При этом хороший праймер не должен срабатывать мгновенно. Это звучит несколько противоречиво, по отношению к названию, но если праймер будет срабатывать мгновенно, вы не сможете с ним работать. Вы могли увидеть это, если когда-либо случайно ускоряли "жидкий" ЦA. Он фактически как будто закипал, когда отверждался. Нет надобности говорить, что прочность клеевого соединения в таком случае будет практически нулевой. Однако, это может случиться, хотя и в меньшей степени, и с более "густыми" клеями тоже в этом случае праймер слишком сильный и содержит слишком много ароматического амина, или сделан менее совместимым химически, в клеевом соединении будет фактически нарушена форма полимера. Прочность связи даже самых лучших ЦA-клеев снизится менее чем на половину от обычной. Избежать этого не трудно. Для этого ищите клей, который быстро и равномерно растечётся на поверхности склеиваемых деталей,после того, как носитель полностью испарится. Стоить заметить , что это все что должно произойти. При этом не должно оставаться гребней или трещин на поверхности нанесённой полоски клея после отверждения. И эта нанесённая полоска клея не должна отверждаться немедленно. Также поверхности не должны белеть. Если Вы наблюдаете любой из этих случаев, или все вместе, когда ускоряете процесс склеивания, праймер скорее всего нарушает склейку. Это просто исправить: попробуйте другую марку праймера, или используйте его как можно меньше. Достаточно нанести его только в виде очень легкого тумана.

Последний вопрос, который мы должны рассмотреть - растворители ЦA (смывка). Большинство из того, что можно встретить сегодня на рынке сделаны из нитрометана или ацетона. Чаще всего, растворители - смесь обоих из этих химикатов. Эти смеси, исходя из практики применения, работают лучше других для удаления застывшего ЦA с поверхности, и являются самыми надежными растворителями, при использовании в малых количествах. Нитро- всегда неприятен на запах как только вы открываете емкость с жидкостью. С другой стороны, она не летуча, фактически не ядовита, и имеет температуру воспламенения 37°С. Ее не опасно хранить в мастерской.

Имеется другой растворитель, который растворяет застывший ЦA, который используют некоторые изготовители, это - Ацетонитрил (Acetonitrile). Ацетонитрил лучше известен как метил-цианид (methyl cyanide).

Вот мы и охватили в значительной степени все вопросы, которые намеревались. Хотелось бы надеяться, что после чтения этой статьи Вы получили некоторые полезные сведения о том, как ЦA-клеи действительно сделаны и некоторые подсказки, которые помогут сохранить ваши клеи в хорошем состоянии. Кроме того, показали несколько моментов, по которым легко отличить хороший ЦA от тех, которые не так хороши. ЦA клеи конечно не все одинаковые!

Подведем итоги нашего разговора о ЦА-клеях:

- ЦА-клей хорошо склеивает при нормальной и повышенной влажности, а хранение при высокой влажности уменьшает гарантийный срок хранения клея
- ЦА-клей для многократного использования одной баночки необходимо хранить при температуре от +5 до +10°С. Оптимально хранение в холодильнике.
- ЦА-клей хорошего качества можно распознать при склеивании сухой твердой древесины, типа ель. Приемлемое время склеивания свидетельствует о хорошем его качестве.
- Производство ЦА-клея является технологически сложным процессом и поэтому возможны получение партий клея с отклонением заданных параметров. Такой клей производители предлагают использовать для бытовых целей. Он более дешевый.
- Не покупайте большую упаковку клея если её не используете за короткий срок

Надеемся, что мы помогли хоть немного пролить свет на этот сложный и в  одночасье простой вопрос о качестве и применения ЦА-клея